高青榮

重慶市市政設(shè)計(jì)研究院昆明分院,重慶 650224

摘要：云南省某縣城污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模4.0萬(wàn)m3/d，一期為2.0萬(wàn)m3/d，污水處理工藝采用循環(huán)式活性污泥CASS法；污泥處置采用機(jī)械濃縮-機(jī)械脫水工藝；出水消毒工藝選用紫外線消毒法。具體介紹了CASS 法工藝的設(shè)計(jì)參數(shù)，工藝流程及工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)，為CASS 法工藝在城鎮(zhèn)污水廠的推廣應(yīng)用，提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：縣城污水廠，CASS 法，水質(zhì)，水量，工程設(shè)計(jì)

1 概述

該縣位于云南省中部，東距省會(huì)昆明92km。氣候?qū)僦衼啛釒У途暩咴降丶撅L(fēng)四季分明的氣候?？h城污水處理廠地處縣城西部、南河與西河交匯處下游約3km，星宿江東岸，縣城規(guī)劃建設(shè)用地范圍外，現(xiàn)狀為旱地，緩坡，利于污水處理廠建設(shè)，便于尾水排放。設(shè)計(jì)總占地面積為32.59畝（考慮深度處理預(yù)留地，廠區(qū)整體布局緊湊合理，占地面積較小。），服務(wù)面積21.0km2，其中一期工程服務(wù)面積為12.8km2。該污水處理廠污水收集系統(tǒng)老城區(qū)采用截流式合流制，新城區(qū)采用完全分流制。整個(gè)工程分為兩期建設(shè)，一期旱季設(shè)計(jì)污水處理能力為2.0萬(wàn)m3/d，雨季可超一定處理規(guī)模運(yùn)行，工程總設(shè)計(jì)規(guī)模為4.0萬(wàn)m3/d，縣城污水處理廠一期工程投資包括廠內(nèi)構(gòu)（建）筑物、管道、設(shè)備、儀表、電氣、自控等計(jì)人民幣4061萬(wàn)元。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下：處理1m3污水投資2030元（一期），處理1m3污水占地0.54m2（一、二期），處理1m3污水運(yùn)行成本約0.58元。

2 CASS 法工藝流程

根據(jù)國(guó)家節(jié)約用地、嚴(yán)禁占用基本農(nóng)田等相關(guān)土地政策，結(jié)合城鎮(zhèn)污水廠生活污水為主、水量和水質(zhì)變化大的特點(diǎn)，考慮縣城污水處理廠運(yùn)行管理水平，經(jīng)多工藝方案篩選，最終確定：污水處理采用CASS工藝，污泥處置采用機(jī)械濃縮-機(jī)械脫水工藝，消毒選用紫外線消毒法。本工程具體工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 縣城污水處理廠工藝流程圖

3 工程設(shè)計(jì)

依據(jù)縣城總體規(guī)劃和污水處理廠規(guī)模預(yù)測(cè)，縣城污水處理廠分二期建設(shè)，其中一期建規(guī)模為2.0萬(wàn)m3/d，二期建設(shè)規(guī)模為2.0萬(wàn)m3/d，規(guī)劃期內(nèi)設(shè)計(jì)規(guī)模為4.0萬(wàn)m3/d，本工程一期土建除CASS 池2.0萬(wàn)m3/d 設(shè)計(jì)，其它土建規(guī)模均按4.0萬(wàn)m3/d 一次設(shè)計(jì)建成。設(shè)備分期按需到位。本工程設(shè)計(jì)主要構(gòu)（建）筑物見(jiàn)表1。

3.1 污水處理系統(tǒng)

3.1.1 粗格柵及提升泵房

根據(jù)縣城污水處理廠建設(shè)要求，粗格柵提升泵房土建工程及設(shè)備位置預(yù)留均按4.0萬(wàn)m3/d 規(guī)模進(jìn)行一次設(shè)計(jì)建成，設(shè)備分期安裝。提升泵房設(shè)計(jì)需考慮污水量的變化，常年設(shè)計(jì)流量為4.0萬(wàn)m3/d，根據(jù)室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范，取污水總變化系數(shù)為1.41，污水提升泵房實(shí)際設(shè)計(jì)規(guī)模為5.64萬(wàn)m3/d。粗格柵與提升泵房合建，粗格柵平面尺寸為15.0×3.0m地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，深度6.0m，提升泵房采用平面尺寸為14m×6.0m的地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，泵池深7.5m。

1. 粗格柵

粗格柵去除進(jìn)水中較大的漂浮物，攔截直徑大于20mm的雜物，以保護(hù)水泵不致堵塞與磨損，并保證后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運(yùn)行，減輕生物處理的負(fù)荷。

粗格柵2臺(tái)置于提升泵站前端進(jìn)水處，每道進(jìn)水柵渠寬為1.5m，柵條間隙為20mm，安裝傾角為75°；設(shè)無(wú)軸式螺旋輸送壓榨一體機(jī)1臺(tái)置于粗格柵出渣口下，輸送能力為2.0m3/h，長(zhǎng)度7m，便于收集和輸送粗格柵柵渣。

2. 提升泵房

提升泵房將污水一次提升，使污水以重力依次流過(guò)處理構(gòu)筑物，以保證污水廠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

提升泵房一期配置3臺(tái)潛污泵，流量620m3/h，揚(yáng)程10m，功率22kw，兩用一備。在泵房上方設(shè)計(jì)起重量為2噸，起吊高度為12m的電動(dòng)單梁懸掛式起重機(jī)一臺(tái)，用于泵房?jī)?nèi)潛污泵、閘閥等安裝與檢修。

3.1.2 細(xì)格柵及旋流沉砂池

1. 細(xì)格柵

細(xì)格柵進(jìn)一步去除污水中的漂浮物及直徑大于5mm的雜物，保證后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運(yùn)行。

細(xì)格柵置于旋流沉砂池的進(jìn)水端，共設(shè)計(jì)兩條流水槽，每條流水槽內(nèi)設(shè)置一道細(xì)格柵，兩條流水槽前端設(shè)置有一公用集水池，集水池與細(xì)格柵間設(shè)電動(dòng)閥門(mén)控制進(jìn)水量，其前后分別設(shè)置有手動(dòng)檢修閘門(mén)。細(xì)格柵共2臺(tái)，柵渠寬度1.2m，柵條間隙5mm，有效水深0.75m，安裝傾角60°，單臺(tái)電機(jī)功率為2.2kw。設(shè)無(wú)軸式螺旋輸送壓榨一體機(jī)1臺(tái)置于細(xì)格柵出渣口下，輸送能力為2.0m3/h，長(zhǎng)度6m，便于收集和輸送細(xì)格柵柵渣。

2. 旋流沉砂池

旋流沉砂池利用物理原理去除水中比重大于2.65，粒徑大于0.2mm的無(wú)機(jī)顆粒，如泥沙、煤渣等，保證后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運(yùn)行，旋流沉沙池也稱鐘式沉沙池、渦流沉沙池。它是利用水力渦流使泥沙和有機(jī)物分開(kāi)，加速砂粒的沉淀，以達(dá)到沉砂的目的。該池具有基建、運(yùn)行費(fèi)用低和運(yùn)行效果好等優(yōu)點(diǎn)。

旋流沉砂池共1組，平面尺寸為Φ3.65m，旋流沉砂是一種利用機(jī)械力控制污水流態(tài)和流速，加速砂粒沉降的沉砂裝置，污水由流入口沿切線方向流入沉砂區(qū)，通過(guò)水力攪拌帶動(dòng)，砂粒受離心力的作用甩向池壁，沉入砂斗，有機(jī)物則被送回污水中，調(diào)整轉(zhuǎn)速，可使裝置達(dá)到最佳沉砂效果。沉砂池中沉砂是利用壓縮空氣作用經(jīng)過(guò)吸砂機(jī)，排砂管至砂水分離器處理后外運(yùn)；攪拌吸砂機(jī)處理量1000~1800m3/h，電動(dòng)功率為1.1kw；砂水分離器處理量為35m3/h，電機(jī)功率為1.3kw；壓縮機(jī)風(fēng)量110m3/h，風(fēng)壓為0.4kPa，電機(jī)功率2.2kw。

3.1.3 CASS 池

CASS反應(yīng)池功能是利用生物吸附降解的原理，進(jìn)行生物脫氮除磷，同時(shí)去除BOD5。在提供足夠氧氣條件下，并在生物反應(yīng)池中營(yíng)造厭氧、缺氧、好氧環(huán)境，利用生物反應(yīng)池中大量繁殖的活性污泥，降解水中污染物，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

一期CASS反應(yīng)池設(shè)計(jì)一座，分為2格，每格尺寸為60.0m×23.5m，總平面尺寸為2820m2，集曝氣、沉淀于一體，周期運(yùn)行。每周期包括：充水（曝氣）、沉淀、潷水（閑置）等幾個(gè)階段。潷水（閑置）過(guò)程中排除剩余污泥。每座生物反應(yīng)池前端設(shè)有生物選擇區(qū)（A池）及兼氧反應(yīng)區(qū)（B池）、主反應(yīng)區(qū)（C池），進(jìn)水與回流污泥在選擇區(qū)（A池）混合，提高了底物的濃度梯度，可有效防止污泥膨脹。具體設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

（1）進(jìn)出水控制

2格CASS池各設(shè)置1根進(jìn)水總管和排水總管，分別連接每格池子的進(jìn)、出水管，2格池體之間相互獨(dú)立。來(lái)自旋流沉砂池的污水首先進(jìn)入CASS池的A池，并迅速與回流污泥碰撞混合接觸攪動(dòng)后，折流進(jìn)入B池，在B池水質(zhì)水量起到緩沖后，在穿孔花墻的調(diào)配作用下從底部進(jìn)入C池。進(jìn)水主管上設(shè)置電動(dòng)蝶閥，開(kāi)閉由PLC 控制也可就地手動(dòng)操作；出水管由潷水器潷水排除，潷水器升降由PLC 控制或手動(dòng)強(qiáng)制控制。

（2）污泥回流、剩余污泥及排空

回流污泥設(shè)計(jì)采用DN300塑料管及回流污泥泵將C池的污泥按40%的回流比輸送至CASS池的進(jìn)水端A池內(nèi)，在A池的回流污泥管端裝有鴨嘴閥；剩余污泥設(shè)計(jì)采用DN200塑料管由剩余污泥泵輸送至污泥池，開(kāi)閉由PLC控制，也要手動(dòng)操作；排空管采用DN400鋼管由DN400手動(dòng)閥門(mén)控制，靠重力將CASS池的污泥和混合液排放或放空至廠區(qū)排水管道匯集回送到粗格柵提升泵站泵池內(nèi)。

（3）曝氣系統(tǒng)布置

每格曝氣池的好氧區(qū)由一根DN400主管輸送壓縮空氣到地上再由各四只手動(dòng)閥門(mén)控制分別送至B和C池的底部，這樣設(shè)計(jì)主要是考慮到分段曝氣量的控制與遞減及曝氣器的維護(hù)。好氧區(qū)采用盤(pán)式橡膠膜片微孔曝氣器，兼氧區(qū)采用盤(pán)式橡膠膜片中孔曝氣器，空氣分配管道緊貼池底250mm左右，尾端設(shè)有排氣嘴。通過(guò)調(diào)節(jié)空氣主管管道上的電動(dòng)蝶閥的開(kāi)啟度，可滿足曝氣所需風(fēng)量；通過(guò)池上手動(dòng)閥門(mén)可調(diào)整池段的需風(fēng)量大小。兩格共采用盤(pán)式橡膠膜片曝氣器5284只，其中微孔曝氣器4912只，中孔曝氣器372只。

（4）CASS池設(shè)施要求

在每格CASS池的進(jìn)水主管設(shè)置有DN500電動(dòng)蝶閥；在每格CASS池末端設(shè)置有2臺(tái)旋轉(zhuǎn)式不銹鋼潷水器，潷水器的出水經(jīng)CASS池出水集水井輸送至出水總管靠重力流入紫外線消毒渠。單臺(tái)潷水量1400m3/h，最大潷水深度1.5m，功率1.5kw。同時(shí)在A池、B池內(nèi)分別設(shè)置2臺(tái)、1臺(tái)水下攪拌器，以滿足池體內(nèi)污水脫氮除磷的要求。水下攪拌器共6臺(tái)，葉輪直徑為400mm，功率為2.5kw。在每格CASS池的C池內(nèi)設(shè)置回流污泥泵1臺(tái)，流量180m3/h，揚(yáng)程8m，功率5.5kW；設(shè)置剩余污泥泵1臺(tái)，流量100m3/h，揚(yáng)程12m，功率5.5 kW；共計(jì)2臺(tái)回流污泥泵，2臺(tái)剩余污泥泵。

3.1.4 鼓風(fēng)機(jī)房

鼓風(fēng)機(jī)房按4.0萬(wàn)m3/d規(guī)模設(shè)計(jì)，土建一次建成，設(shè)備分期安裝。一期設(shè)計(jì)選用3臺(tái)離心鼓風(fēng)機(jī)，二用一備，進(jìn)風(fēng)管直接與大氣相通，在入口處加裝消音空氣濾罩，在出口處安裝安全閥，止回閥和電動(dòng)蝶閥，為節(jié)約能源，鼓風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)整裝置，根據(jù)CASS池的曝氣量需求，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能的目的。鼓風(fēng)機(jī)單臺(tái)風(fēng)量100m3/min，出口風(fēng)壓58.8kPa，軸功率126kW，電機(jī)功率160kw。在鼓風(fēng)機(jī)房上方設(shè)計(jì)了起重量為2噸，起吊高度為6m，電動(dòng)單梁懸掛式起重機(jī)1臺(tái)，為便于安裝及日常維護(hù)保養(yǎng)之用。

3.1.5 紫外線消毒渠

紫外線消毒設(shè)置于出水計(jì)量槽前端，土建采用半地下式混凝土結(jié)構(gòu)，總平面尺寸12.80m×6.0m，其中水槽平面尺寸為7.3m×1.1m兩道過(guò)水槽，一期一道過(guò)水槽。紫外線消毒設(shè)計(jì)采用低壓高強(qiáng)紫外線消毒來(lái)菌法，計(jì)48根260w紫外線燈管平行于水流方向，并列安裝在水槽內(nèi)常水位以下，設(shè)計(jì)紫外線穿透率≥65%，殺菌指標(biāo)：出水中所含大腸桿菌總數(shù)≤10000個(gè)/L。紫外線消毒燈管采用機(jī)械式自動(dòng)清洗裝置進(jìn)行日常清洗。

3.1.6 污泥池

CASS池產(chǎn)生的剩余污泥進(jìn)入污泥池，污泥池功能是貯存一定量污泥保證后續(xù)污泥系統(tǒng)正常運(yùn)行。污泥池所在區(qū)域位于污泥脫水機(jī)房一側(cè)，便于污泥泵輸送，污泥濃縮池平面尺寸為7.0×4.8m，高4.8m，有效池深4.5m。

3.1.7 污泥脫水機(jī)房

污泥脫水機(jī)房土建按4.0萬(wàn)m3/d規(guī)模一次設(shè)計(jì)建成，它由污泥帶式脫水機(jī)，絮凝劑投加設(shè)備和無(wú)軸螺旋輸送機(jī)，空氣壓縮機(jī)等組成。污泥脫水機(jī)房設(shè)計(jì)采用二臺(tái)帶式脫水機(jī)，一用一備：通過(guò)螺桿式污泥泵將污泥濃縮池的污泥抽送到帶式脫水機(jī)內(nèi)，經(jīng)多道壓榨脫水后的污泥通過(guò)無(wú)軸螺旋輸送機(jī)被直接送至停放在裝料車間的污泥專用運(yùn)輸車斗內(nèi)，外運(yùn)焚燒發(fā)電。脫水機(jī)房由獨(dú)立小型PLC控制其進(jìn)泥，加藥絮凝及脫水，也可手動(dòng)操作，主要設(shè)備：帶式脫水機(jī)2臺(tái)，帶寬為2.0m，功率5kw。加藥設(shè)備1套，空氣壓縮機(jī)1臺(tái)，皮帶輸送機(jī)2臺(tái)等。

3.2 工藝基本原理及特點(diǎn)

（1）CASS池由三個(gè)區(qū)域組成，即由生物選擇區(qū)，兼氧區(qū)和好氧反應(yīng)區(qū)組成，該工藝處理的是城鎮(zhèn)生活污水為主。具有完全混合型活性污泥法較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力的特點(diǎn)，兼具有推流型活性污泥的特點(diǎn)，采用鼓風(fēng)曝氣，具有曝氣效率高的特點(diǎn)。

（2）生物選擇區(qū)設(shè)置在CASS池前端的進(jìn)水區(qū)，水力停留時(shí)間設(shè)計(jì)為0.6~0.8h，通常在厭氧條件下運(yùn)行。進(jìn)入生物選擇區(qū)的生活污水和從好氧主反應(yīng)區(qū)來(lái)的回流污泥（回流量約為平均流量的40%）在池中迅速相互混合碰撞接觸攪拌。該生物選擇區(qū)是按照活性污泥微生物種群組成的生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理面設(shè)計(jì)的，可有效地抑制污泥的膨脹，提高整個(gè)污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）兼氧區(qū)不僅具有輔助厭氧或兼氧條件下運(yùn)行的生物選擇區(qū)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)水量瞬間變化的緩沖作用，同時(shí)還具有促進(jìn)磷的進(jìn)一步釋放和強(qiáng)化氮的反硝化作用。

（4）好氧主反應(yīng)區(qū)則是最終去除有機(jī)底物的主場(chǎng)所。在設(shè)計(jì)中，主要考慮的是主反應(yīng)區(qū)的曝氣強(qiáng)度和曝氣池中溶解氧高低值的控制，以便使主反應(yīng)區(qū)內(nèi)的主體混合溶液處于好氧狀態(tài)，而活性污泥結(jié)構(gòu)內(nèi)部則基本處于缺氧狀態(tài)，促使溶解氧向污泥絮凝體的傳遞受到限制，從而使較高的硝酸鹽則能較好地由污泥內(nèi)向主體混合溶液傳遞，有效地進(jìn)行反硝化，從而使好氧主反應(yīng)區(qū)中同時(shí)發(fā)生有機(jī)污染物的降解以及同步硝化的作用。

（5）污水處理專用機(jī)械、機(jī)電儀表、自動(dòng)控制等設(shè)備以選用國(guó)產(chǎn)設(shè)備為主，一可節(jié)省投資，二便于維護(hù)、管理，三是配件、技術(shù)支持可靠；具有一定的示范性。

（6）該工藝可變?nèi)莘e的運(yùn)行提高了對(duì)水質(zhì)、水量波動(dòng)的適應(yīng)性和操作運(yùn)行的靈活性。

（7）該工藝流程簡(jiǎn)單，土建和投資低（無(wú)初沉池、二沉池及規(guī)模較大的回流污泥泵站），自動(dòng)化程度高，同時(shí)采用組合式模塊結(jié)構(gòu)，布置緊湊，占地少，分期建設(shè)和擴(kuò)建方便的特點(diǎn)。

（8）本工程采用兩池互通污泥裝置的設(shè)計(jì)，從而保障了一旦某主反應(yīng)池停產(chǎn)檢修，即可將該池的活性污泥通過(guò)兩池互通污泥裝置將活性污泥調(diào)整到另一格主反應(yīng)池內(nèi)，從而避免了以往只要是停產(chǎn)檢修，就必須排空放盡活性污泥的歷史。當(dāng)一主反應(yīng)池檢修完畢，再通過(guò)兩池互通污泥裝置將儲(chǔ)存的活性污泥抽過(guò)來(lái)，避免了以往排空放盡，檢修好了再重新培養(yǎng)、馴化活性污泥的過(guò)程，這在設(shè)計(jì)工藝上是一個(gè)突破。

（9） 本工程在CASS 池的兩根進(jìn)水管最高端處設(shè)計(jì)了獨(dú)有的專用排氣裝置，一旦從旋流沉砂池出水管到CASS 池的進(jìn)水管段發(fā)生了嚴(yán)重氣堵現(xiàn)象，將導(dǎo)致CASS 池進(jìn)不了水，水從旋流沉砂池四周溢出，搞得生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)到處是污水，生產(chǎn)工藝被迫中斷，這種現(xiàn)象長(zhǎng)期困擾著運(yùn)行管理人員。從設(shè)計(jì)角度看，這是一個(gè)很小的問(wèn)題，但從生產(chǎn)管理，保證工藝正常運(yùn)行的角度看，小小專用排氣裝置，可解決了現(xiàn)場(chǎng)管理的大問(wèn)題。

（10）污水處理廠總占地面積32.59畝，廠內(nèi)除構(gòu)（建）筑物及道路占地外，其余均考慮綠化植草種樹(shù)與景觀設(shè)計(jì)，該污水處理廠一期綠化率42%，二期綠化率則達(dá)到35%。

4 結(jié)束語(yǔ)

CASS工藝是從常規(guī)SBR工藝和ICEAS工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，具有較好的除磷脫氮效果，其技術(shù)成熟可靠，運(yùn)行靈活，抗沖擊能力強(qiáng)，占地面積小，構(gòu)（建）筑物少，省去初沉池，二沉池，回流泵房等優(yōu)點(diǎn)，適合于云南省及我國(guó)城鎮(zhèn)污水廠規(guī)模不大，用地緊張，需分期建設(shè)的工程項(xiàng)目，有一定的示范性和推廣價(jià)值。通過(guò)近幾年的運(yùn)行信息反饋，設(shè)計(jì)人員除必要的工藝優(yōu)化選擇外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)認(rèn)真總結(jié)所設(shè)計(jì)的污水廠實(shí)際運(yùn)行情況，充分重視和尊重污水廠技術(shù)管理人員的意見(jiàn)和建設(shè)，并及時(shí)反饋到新廠設(shè)計(jì)及老廠改擴(kuò)建工程中去。另外，選擇污泥處理工藝的基礎(chǔ)是污泥量和污泥的組成，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量客觀，合理地確定兩者?？傊?，一個(gè)好的城鎮(zhèn)污水廠需要設(shè)計(jì)人員和運(yùn)行管理人員密切合作，才能使其更好地發(fā)揮其社會(huì)、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曾科主編《污水處理廠設(shè)計(jì)與運(yùn)行》北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2001

[2] 北京市政設(shè)計(jì)總院主編《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)第五冊(cè)—城鎮(zhèn)排水》北京中國(guó)建工出版社 2004

[3] 王彩霞編《城市污水處理新技術(shù)》北京 中國(guó)建工出版社1990

[4]周雹著《活性污泥工藝簡(jiǎn)明原理及設(shè)計(jì)計(jì)算》北京 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 2005

[5] 鄭光燦編《污水除磷脫氮技術(shù)》北京 中國(guó)建工出版社 1998

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。